一种低损耗高储能效率铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法技术

一种低损耗高储能效率铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法，本发明专利技术涉及无铅铁电陶瓷材料领域，具体涉及一种低损耗高储能效率铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法。该陶瓷材料的化学组成为yBi

【技术实现步骤摘要】
一种低损耗高储能效率铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及无铅铁电陶瓷材料领域，具体涉及一种低损耗高储能效率铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷储能材料具有高储能密度、低介电损耗、耐高温、使用寿命长且工艺稳定等优点，是制备电子元器件的重要材料之一。目前在市场上应用较为广泛的是铅基陶瓷材料，但由于含铅材料具有毒性，容易对环境造成污染，并且其回收利用成本较高，因此可再生的、能重复利用的、环境友好的材料受到了越来越多的关注。
[0003]为了获得储能性能，陶瓷储能材料一般要具备驰豫性或反铁电性。反铁电性最初是由Kittel在1951年提出的，在反铁电体中相邻的偶极矩呈反平行排列，在宏观上极化强度为零，电场诱导作用下存在反铁电相和铁电相的相互转变从而会产生电卡效应、应变效应等。反铁电(AFE)材料在储能应用上有巨大的潜力，正因为如此，反铁电(AFE)材料近几年来受到了越来越广泛的关注。然而被广泛研究的AFE材料主要以铅基材料为主，例如，PbZrO3(PZ)基反铁电材料，它是最早被发现的反铁电材料，由于PZ基反铁电材料经常在未发生AFE
‑
FE相变时就已经击穿，为了提高其击穿电场，通过将其进行掺杂改性及改变烧结方式等，获得了的(Pb,La)(Zr,Ti)O3(PLZT)反铁电材料。但是，PZ基材料中铅的强毒性以及在烧结过程中的高挥发性是的铅基陶瓷材料在制备、使用及飞机后处理过程中对人体和生态环境造成严重危害。因此国内外学者将研究重点逐渐转向了无铅反铁电储能陶瓷材料。基于传统固相合成烧结方法制备的BaTiO3(BT)基和Bi
0.5
Na
0.5
TiO3(BNT)基反铁电陶瓷制备工艺已经非常成熟，然而BT基和BNT基多元系反铁电陶瓷块体材料在储能性能上与铅基材料相比还存在一定的差距，并且由于电滞后效应，反铁电材料的储能效率通常较低，大多数报道的储能效率η低于80％，因此，为了促进反铁电陶瓷在储能领域商业化的进一步发展，提高储能效率势在必行。
[0004]迄今为止，以BiFeO3‑
SrTiO3(BFO
‑
ST)为基体材料，具备低损耗、高储能密度、高储能效率的铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法还未见报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决现有无铅储能材料体系单一的技术问题，而提供一种低损耗高储能效率铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法。
[0006]一种低损耗高储能效率铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料，其特征在于，该陶瓷材料的化学组成为yBi
1.05
Fe
0.995
Mn
0.005
O3‑
(1
‑
y)Sr1‑
x
(Na
0.5
Me
0.5
)
x
TiO3，其中Me为La
3+
、Ga
3+
、Sc
3+
、In
3+
、Yb
3+
、Er
3+
、Dy
3+
和Gd
3+
中的一种或两种离子，0≤x≤0.08，0.35≤y≤0.40。
[0007]所述的一种低损耗高储能效率铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料的制备方法，按以下步骤进行：
[0008]一、按照yBi
1.05
Fe
0.995
Mn
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O3‑
(1
‑
y)Sr1‑
x
(Na
0.5
Me
0.5
)
x
TiO3元素的化学计量比称取原料，原料包括Bi2O3、Fe2O3、MnO2、SrCO3、TiO2、Na2O和元素Me的氧化物，其中0≤x≤0.08，0.35≤y≤0.40；Me为La
3+
、Ga
3+
、Sc
3+
、In
3+
、Yb
3+
、Er
3+
、Dy
3+
和Gd
3+
中的一种或两种；
[0009]二、将步骤一中称取的原料放入球磨机中，以无水乙醇和氧化锆磨球为球磨介质，进行混料，控制球磨时间为12～24h，获得浆料；
[0010]三、将步骤二获得的浆料进行烘干，得到粉体；
[0011]四、将步骤三得到的粉体控制温度为750～800℃预烧2～5h，得到yBi
1.05
Fe
0.995
Mn
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O3‑
(1
‑
y)Sr1‑
x
(Na
0.5
Me
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)
x
TiO3粉体；
[0012]五、将步骤四得到的yBi
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Fe
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Mn
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O3‑
(1
‑
y)Sr1‑
x
(Na
0.5
Me
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)
x
TiO3粉体放入球磨机中，以无水乙醇和氧化锆磨球为球磨介质，进行混料，控制球磨时间为12～24h，得到yBi
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Fe
0.995
Mn
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O3‑
(1
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y)Sr1‑
x
(Na
0.5
Me
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)
x
TiO3浆料；
[0013]六、将步骤五得到的yBi
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Mn
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O3‑
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y)Sr1‑
x
(Na
0.5
Me
0.5
)
x
TiO3浆料进行烘干，得到预制粉体；
[0014]七、将步骤六得到的预制粉体过筛，然后加入聚乙烯醇造粒，得到预制颗粒；
[0015]八、将步骤七制备的预制颗粒，放入模具中进行压制成型，控制压力10～15MPa，保压8～12min，压制成圆片；
[0016]九、将步骤八压制的圆片放入烧结炉中，升温至500～600℃，保温1～2h，进行排胶；
[0017]十、将步骤九中排胶后的圆片放入刚玉陶瓷坩埚中，埋入氧化铝粉体中进行两步烧结，控制升温速率为10℃/min，升温至800～850℃，然后控制升温速率为5℃/min，升温至950～1100℃，保温3～5h，随炉冷至室温，得到yBi
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Fe
0.995
Mn
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O3‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低损耗高储能效率铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料，其特征在于，该陶瓷材料的化学组成为yBi
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Fe
0.995
Mn
0.005
O3‑
(1
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y)Sr1‑
x
(Na
0.5
Me
0.5
)
x
TiO3，其中Me为La
3+
、Ga
3+
、Sc
3+
、In
3+
、Yb
3+
、Er
3+
、Dy
3+
和Gd
3+
中的一种或两种离子，0≤x≤0.08，0.35≤y≤0.40。2.如权利要求1所述的一种低损耗高储能效率铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、按照yBi
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y)Sr1‑
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(Na
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Me
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TiO3元素的化学计量比称取原料，原料包括Bi2O3、Fe2O3、MnO2、SrCO3、TiO2、Na2O和元素Me的氧化物，其中0≤x≤0.08，0.35≤y≤0.40；Me为La
3+
、Ga
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、Sc
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、In
3+
、Yb
3+
、Er
3+
、Dy
3+
和Gd
3+
中的一种或两种；二、将步骤一中称取的原料放入球磨机中，以无水乙醇和氧化锆磨球为球磨介质，进行混料，控制球磨时间为12～24h，获得浆料；三、将步骤二获得的浆料进行烘干，得到粉体；四、将步骤三得到的粉体控制温度为750～800℃预烧2～5h，得到yBi
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Fe
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Mn
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O3‑
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y)Sr1‑
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(Na
0.5
Me
0.5
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x
TiO3粉体；五、将步骤四得到的yBi
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Fe
0.995
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y)Sr1‑
x
(Na
0.5
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)
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TiO3粉体放入球磨机中，以无水乙醇和氧化锆磨球为球磨介质，进行混料，控制球磨时间为12～24h，得到yBi
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Fe...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐丹，余涛林，赵文杰，赵宏，段晓阳，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：